JP4945661B2 - Micro diaphragm pump - Google Patents

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Description

この発明は、弁板や弁座やダイヤフラムなどのパターンを形成した複数の金属薄板を積層し、接合することにより形成するマイクロダイヤフラムポンプに関するものである。   The present invention relates to a micro-diaphragm pump formed by laminating and joining a plurality of thin metal plates having patterns such as a valve plate, a valve seat, and a diaphragm.

近年家庭用(戸建て住宅用)の分散型エネルギープラントとして燃料電池システムの普及と商業化が期待されている。この種の燃料電池では、燃料ガスや液体燃料、改質器に供給する水、改質器でできた水素などを燃料電池自体に供給するためのポンプが必要になる。また燃料から必要な水素(H2)を取り出す改質時に一酸化炭素(CO)が生成されるが、この一酸化炭素は電池触媒の性能に悪影響を及ぼすため、一酸化炭素濃度低減のため選択酸化用空気の流量制御も同時に求められる。さらに分析装置や医療関連(投薬、臨床試験など)では、気体や液体の微少量の供給が必要になる。さらに、電子機器の性能向上に伴って発生する熱を放出し冷却するためのポンプも必要になる。 In recent years, the spread and commercialization of fuel cell systems are expected as a distributed energy plant for home use (for detached houses). This type of fuel cell requires a pump for supplying fuel gas, liquid fuel, water supplied to the reformer, hydrogen produced by the reformer, and the like to the fuel cell itself. Carbon monoxide (CO) is produced during reforming to extract the necessary hydrogen (H 2 ) from the fuel. This carbon monoxide adversely affects the performance of the battery catalyst, so it is selected to reduce the carbon monoxide concentration. Control of the flow rate of oxidizing air is also required at the same time. Furthermore, analytical devices and medical care (medicine, clinical trials, etc.) require the supply of very small amounts of gas or liquid. Furthermore, a pump for releasing and cooling the heat generated with the performance improvement of the electronic device is also required.

従来よりこのような用途に用いるマイクロポンプが種々提案されている。特許文献1には、金属製のアウトブッシュ(第1円柱部13)とインブッシュ(第2円柱部16)との間に弁体(10)を挟んだ流入用および流出用のバルブ(6,7)を、ポンプボデーに設けた平坦な圧力室2に直交するように配置したマイクロポンプ1が開示されている。ここに圧力室2を形成するダイヤフラム8は2つのバルブ6,7の流入口と流出口を覆うように配置されている。   Conventionally, various micropumps used for such applications have been proposed. In Patent Document 1, an inflow valve and an outflow valve (6, 6) sandwiching a valve body (10) between a metal outbush (first column part 13) and an inbush (second column part 16) are disclosed. A micropump 1 in which 7) is arranged so as to be orthogonal to a flat pressure chamber 2 provided in the pump body is disclosed. Here, the diaphragm 8 forming the pressure chamber 2 is disposed so as to cover the inlet and outlet of the two valves 6 and 7.

特許文献2〜5には、吸入弁と吐出弁との間に圧力室(ダイヤフラム室)を設け、この圧力室を画成するダイヤフラムに貼り付けたピエゾ素子により圧力室の圧力を変化させて流体を吐出するポンプが示されている。すなわちダイヤフラムは吸入弁および吐出弁を覆う(両弁の一側面に接する)ようになっていないものである。またシリコン基板を一部に用いるものである。   In Patent Documents 2 to 5, a pressure chamber (diaphragm chamber) is provided between the suction valve and the discharge valve, and the pressure chamber pressure is changed by a piezo element attached to the diaphragm defining the pressure chamber. A pump that discharges is shown. That is, the diaphragm does not cover the suction valve and the discharge valve (is in contact with one side surface of both valves). In addition, a silicon substrate is partially used.

特開2009−236284号公報JP 2009-236284 A 特開2006−161779号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-161779 特開平6−93972号公報JP-A-6-93972 特開平5−1669号公報JP-A-5-1669 特開平10−299659号公報JP 10-299659 A

特許文献1に開示されたものは、吸入弁と吐出弁が金属製の2つの円柱部材を同軸に嵌合して組み合わせるものであるから、ダイヤフラムに直交する方向(吸入弁と吐出弁の流路方向)の寸法が大きくなり、小型化が困難である。また円柱部材の加工と組み立てに多くの工数を必要とし、生産性が悪いという問題がある。さらに圧力室と各弁の弁体との間に比較的長い流体流路が必要になり、この流路が実質的に圧力室の一部となるが、この流路は容積が変化せず流体が滞留する部分(不要容積)であるから流体の流量制御精度が低下する。   In the one disclosed in Patent Document 1, since the suction valve and the discharge valve are two metal cylindrical members that are coaxially fitted and combined, the direction perpendicular to the diaphragm (the flow path between the suction valve and the discharge valve) Direction) is large, and it is difficult to reduce the size. Further, there is a problem that a lot of man-hours are required for processing and assembling of the cylindrical member, and productivity is poor. Furthermore, a relatively long fluid flow path is required between the pressure chamber and the valve body of each valve, and this flow path is substantially a part of the pressure chamber. Is a portion (unnecessary volume) where the fluid stays, the fluid flow rate control accuracy decreases.

特許文献2〜5のものは、いずれも圧力室を形成するダイヤフラムが、流入弁と吐出弁の間に限定され、ダイヤフラムの面積が小さくなる。このためダイヤフラムの振動による圧力室の容積変化が小さくなり、流体の吸入/吐出の動作を円滑にするのが困難で、ダイヤフラムのストロークごとの吐出量の管理が不正確になるという問題がある。このため圧縮性の気体などには使用するのが困難または不可能である。さらにダイヤフラムの面積が小さいので流体の吸引力と吐出力を大きくするのが困難である、という問題もある。さらにまたここで用いるシリコン基板は比較的高価である、という問題もある。   In all of Patent Documents 2 to 5, the diaphragm forming the pressure chamber is limited between the inflow valve and the discharge valve, and the area of the diaphragm is reduced. For this reason, the volume change of the pressure chamber due to the vibration of the diaphragm becomes small, and it is difficult to smoothly perform the fluid suction / discharge operation, and there is a problem that the discharge amount management for each stroke of the diaphragm becomes inaccurate. For this reason, it is difficult or impossible to use for compressible gas. Further, since the area of the diaphragm is small, there is a problem that it is difficult to increase the suction force and the discharge force of the fluid. Furthermore, there is a problem that the silicon substrate used here is relatively expensive.

この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、外形寸法を極めて小さくすることができ、生産性が良く、流体の流量制御精度が向上し、流体の吸入/吐出の動作を円滑にし、吸引力と吐出力を大きくすることができ、使用する材料がシリコン基板に制約されることなく材料の選定自由度が大きくなり、信頼性の高いマイクロダイヤフラムポンプを提供することを目的とする。     The present invention has been made in view of such circumstances, and can greatly reduce the outer dimensions, improve the productivity, improve the fluid flow rate control accuracy, and smooth the fluid suction / discharge operation, An object of the present invention is to provide a highly reliable micro-diaphragm pump that can increase suction force and discharge force, increase the degree of freedom in material selection without being restricted to a silicon substrate.

この発明によれば第1の目的は、吸入弁および吐出弁の一側に接するダイヤフラム室を有するマイクロダイヤフラムポンプであって、前記吸入弁および吐出弁の一方の弁板と他方の弁の流路となる流路開口とが形成され、互いに弁板と流路開口とが対向する向きに積層された二枚の弁板シートと、この積層体の両面に積層され前記一方の弁板シートの弁板に対向する弁座および他方の弁板シートの弁板に対向する弁ストッパとが形成された二枚の弁座シートと、一方の弁座シートに重ねられ前記吸入弁および吐出弁にそれぞれ連通する2つの流路を有するベース板と、他方の弁座シートの周縁に重ねられ前記吸入弁および吐出弁を囲む枠体と、この枠体に重ねられこの枠体を重ねた弁座シートとの間にダイヤフラム室を形成するダイヤフラムと、このダイヤフラムに保持した駆動素子と、を備えることを特徴とするマイクロダイヤフラムポンプ、により達成される。   According to the present invention, a first object is a micro-diaphragm pump having a diaphragm chamber that is in contact with one side of an intake valve and a discharge valve, wherein one of the valve plates of the intake valve and the discharge valve and a flow path of the other valve And two valve plate sheets laminated in a direction in which the valve plate and the flow channel opening face each other, and the valve of the one valve plate sheet laminated on both surfaces of the laminated body Two valve seat seats formed with a valve seat facing the plate and a valve stopper facing the valve plate of the other valve plate seat, and superimposed on one valve seat seat and communicated with the intake valve and the discharge valve, respectively A base plate having two flow paths, a frame that is superimposed on the periphery of the other valve seat and surrounds the suction valve and the discharge valve, and a valve seat that is superimposed on the frame and overlaps the frame A diaphragm that forms a diaphragm chamber between them , Micro diaphragm pump, characterized in that it comprises a drive element which is held in the diaphragm is accomplished by.

この発明は、ダイヤフラムの面積を吸入弁と吐出弁の外側まで拡げることにより拡大できるから、ダイヤフラム室の容積変化を大きくして、流体の吸入/吐出の動作を円滑にできる。また吸入弁と吐出弁とは二枚の弁板シートを重ねその両外側にそれぞれ弁座シートを重ねることにより形成するから全体を極めて薄くすることができポンプの小型化が可能である。弁板シートと弁座シートとベース板と枠体とダイヤフラムを積層して接合(多層化接合)し、ダイヤフラムに外側から駆動素子を取り付ければよいので、生産性が良く大幅なコストダウンが可能である。   According to the present invention, the area of the diaphragm can be expanded to the outside of the suction valve and the discharge valve. Therefore, the volume change of the diaphragm chamber can be increased to smoothly perform the fluid suction / discharge operation. Further, since the suction valve and the discharge valve are formed by overlapping two valve plate sheets and overlapping the valve seat sheets on both outer sides thereof, the whole can be made extremely thin and the pump can be miniaturized. Since the valve plate sheet, valve seat sheet, base plate, frame, and diaphragm are laminated and joined (multilayered joining), and the drive element can be attached to the diaphragm from the outside, productivity is high and significant cost reductions are possible. is there.

ここに弁板シートと弁座シートは、吸入弁を構成する二枚の組合わせと吐出弁を構成する二枚の組合わせとを同一形状とすれば、これらを逆向きにして重ねることができるので、この場合には生産性がさらに向上する。特に複数のポンプに対応する弁板シート、弁座シート、ベース板、枠体、ダイヤフラムをそれぞれ形成したシート状の部材を準備して、これらを積層し接合することによって多数のポンプを同時に形成し、その後この積層体をカットして個々のポンプに分割することも可能であり、この場合は生産性がさらに向上する。   Here, the valve plate seat and the valve seat can be stacked in the opposite direction if the combination of the two sheets constituting the intake valve and the combination of the two sheets constituting the discharge valve have the same shape. Therefore, in this case, the productivity is further improved. In particular, a plurality of pumps are formed simultaneously by preparing sheet-like members each formed with a valve plate sheet, valve seat sheet, base plate, frame, and diaphragm corresponding to a plurality of pumps, and laminating and joining them. Then, it is possible to cut the laminated body and divide it into individual pumps. In this case, the productivity is further improved.

ダイヤフラム室(圧力室)とそれぞれの弁とは一方の弁座シートを介して接することになるから、ダイヤフラム室とそれぞれの弁とをつなぐ流体流路は極めて短くなり、ダイヤフラムの流体吐出時のダイヤフラム室容積を十分に小さくできる。すなわち(最大容積/不要容積)の比を極めて大きくできる。このため吸入/吐出動作をダイヤフラムのストロークごとに確実に行わせることができ流体の吐出量(流量)の管理が正確になる。またダイヤフラム面積が大きいから、流体の吸引/吐出力を大きくでき、非圧縮性の流体(液体など)に限らず圧縮性の流体(気体など)にも使用可能になる可能性が有る。   Since the diaphragm chamber (pressure chamber) and each valve are in contact with each other through one valve seat, the fluid flow path connecting the diaphragm chamber and each valve is extremely short, and the diaphragm is used when the diaphragm discharges fluid. The chamber volume can be made sufficiently small. That is, the ratio of (maximum volume / unnecessary volume) can be extremely increased. Therefore, the suction / discharge operation can be surely performed for each stroke of the diaphragm, and the management of the fluid discharge amount (flow rate) becomes accurate. Further, since the diaphragm area is large, the suction / discharge force of the fluid can be increased, and there is a possibility that it can be used not only for incompressible fluid (liquid etc.) but also for compressible fluid (gas etc.).

本発明の一実施例であるマイクロダイヤフラムポンプの斜視図The perspective view of the micro diaphragm pump which is one Example of this invention 同じく分解斜視図Similarly exploded perspective view 同じく拡大側断面図Also enlarged side sectional view 同じく一部の拡大分解斜視図A partially enlarged exploded perspective view 同じく弁板シートの弁板と流路開口の平面図Similarly, a plan view of the valve plate of the valve plate seat and the flow path opening 同じく弁座シートの弁座と弁ストッパの平面図Similarly, plan view of valve seat and valve stopper of valve seat 図6におけるVII−VII線拡大断面図VII-VII line enlarged sectional view in FIG. 図5のVIII−VIII線で断面した積層体の側断面図Side sectional view of the laminate taken along line VIII-VIII in FIG.

二枚の弁板シートと、二枚の弁座シートは、ステンレス鋼などの金属薄板で形成し、これらを多層化接合すれば、比較的高価なシリコン基板を使用する必要がなくなる(請求項2)。使用する金属は流体に対して腐食しないものを選定するのがよい。またステンレス薄板を多層積層し接合するためには、ステンレス鋼に対して濡れ性やはんだ付け強度などの点からSn(スズ)濃度の高いはんだや、Sn−Agなどの銀合金のはんだメッキを用いたり、接着剤や、金属の拡散接合など、種々の方法が使用可能である。   The two valve plate sheets and the two valve seat sheets are formed of a thin metal plate such as stainless steel, and if they are joined in multiple layers, there is no need to use a relatively expensive silicon substrate. ). It is recommended to select a metal that will not corrode the fluid. In addition, in order to laminate and bond thin stainless plates, solder with a high Sn (tin) concentration or silver alloy solder plating such as Sn-Ag is used in terms of wettability and soldering strength to stainless steel. Various methods such as adhesives and metal diffusion bonding can be used.

弁板は、弁板シートに形成した弁板開口の内縁から内径側に伸びる支持腕に保持した構造とし、弁板シートに形成した流路開口およびベース板に形成した吐出弁の流路となる流路開口の開口径は、前記弁板開口の内径に等しく(ほぼ等しい、あるいは実質的に等しいものを含む)するのがよい(請求項3)。弁板シートや弁座シートなどを多層接合する場合に積層して加圧する必要があるが、この時に弁板やその支持腕に加圧力が加わらず、これらが他のシートに接合されるのを防ぐことができる。   The valve plate is structured to be held by a support arm extending from the inner edge of the valve plate opening formed in the valve plate sheet to the inner diameter side, and becomes a flow path opening formed in the valve plate sheet and a flow path of the discharge valve formed in the base plate. The opening diameter of the flow path opening is preferably equal to (including substantially equal to or substantially equal to) the inner diameter of the valve plate opening (Claim 3). When multi-layer bonding of valve plate seats or valve seats, it is necessary to stack and pressurize, but at this time no pressure is applied to the valve plate or its support arm, and these are joined to other sheets. Can be prevented.

弁板シート、弁座シートはエッチング、プレス打ち抜き加工など種々の方法で加工できる(請求項4)。特にこれらのシートに多数のポンプの弁板、流路開口、弁座シート、弁ストッパなどの加工を行い、多数のポンプを同時に製作する場合には、能率良くこれらのシートを製作できる。   The valve plate sheet and the valve seat sheet can be processed by various methods such as etching and press punching. In particular, when a large number of pump valve plates, flow passage openings, valve seats, valve stoppers, and the like are processed on these sheets, and a large number of pumps are manufactured at the same time, these sheets can be manufactured efficiently.

枠体とダイヤフラムは金属薄板とし、これらを請求項2で形成した積層体(予備積層体)の一側面に積層し、この積層体の他側面にベース板をそれぞれ積層して接合することによりポンプを形成することができる(請求項5)。このように弁板シートと弁座シートの積層と、枠体、ダイヤフラム、ベース板の積層とに2回の接合に分けることにより、組み立て精度の向上と製作能率の向上が図れる。   The frame and the diaphragm are made of thin metal plates, which are laminated on one side of the laminate formed in claim 2 (preliminary laminate), and a base plate is laminated on the other side of the laminate to join the pump. Can be formed (Claim 5). As described above, the assembly accuracy can be improved and the production efficiency can be improved by dividing the lamination of the valve plate sheet and the valve seat sheet and the lamination of the frame body, the diaphragm, and the base plate into two joints.

二枚の弁座シートに形成する弁座には、弁板が接触する環状の突条を形成しておくのがよい(請求項6)。この突条の加工には、弁座となる部分を残してその周囲をハーフエッチングで僅かに彫り込むことにより形成することができるが、他の方法で形成しても良い。この場合には、弁板の突条に対する接触圧が増大し、シール性能が向上する。すなわち弁としての密閉性が向上する。   The valve seat formed on the two valve seats may be formed with an annular ridge that contacts the valve plate (Claim 6). This protrusion can be formed by leaving a portion that becomes a valve seat and slightly carving the periphery by half etching, but it may be formed by other methods. In this case, the contact pressure with respect to the protrusion of the valve plate is increased, and the sealing performance is improved. That is, the sealing performance as a valve is improved.

この場合環状の突条にはDLC(Diamond−Like Carbon)の皮膜を形成しておくのがよい(請求項7)。DLCは分子構造が潤滑性が良いカーボン構造と、硬度が高いダイヤモンド構造とを含み、両者の長所を有するものである。従って突条の硬化と平滑化が可能になり、耐摩耗性と耐久性が向上すると共に、シール性が向上する。このように突条にDLC加工をした場合には、DLCの硬度が高いことを利用して弁板をこの突条にスタンピング(押圧)することによって、弁板と弁座の密着性を一層向上させることができる(請求項8)。このスタンピングを可能にするためには、弁ストッパにスタンピング加工用の加工具(パンチなど)を通す開口を形成しておく(請求項9)。すなわち弁ストッパは、弁座となる突条に対向する(従って弁板に対向する)環状部とこの環状部の周囲に周方向に分割した流路を設け、この環状部にスタンピング工具を挿通すればよい。 In this case, it is preferable to form a DLC (Diamond-Like Carbon ) film on the annular protrusion (claim 7). DLC includes a carbon structure with a good molecular structure and a diamond structure with a high hardness, and has the advantages of both. Therefore, the protrusion can be hardened and smoothed, and the wear resistance and durability are improved, and the sealing performance is improved. When DLC processing is performed on the ridges in this way, the adhesion between the valve plate and the valve seat is further improved by stamping (pressing) the valve plate onto the ridges by utilizing the high hardness of DLC. (Claim 8). In order to make this stamping possible, an opening through which a processing tool (such as a punch) for stamping is passed is formed in the valve stopper (claim 9). In other words, the valve stopper is provided with an annular portion facing the ridge serving as the valve seat (and thus facing the valve plate) and a circumferentially divided flow path around the annular portion, and a stamping tool is inserted into the annular portion. That's fine.

ダイヤフラムに保持する駆動素子は、ピエゾ素子が適する(請求項10)。例えばジルコン・チタン酸鉛(PZT)を含みPZTと総称される圧電性材料の焼結体を用い、これをダイヤフラムに貼着し、電界印加によって分極させたものを使用することができる。ダイヤフラムには、この駆動素子を囲む第2の枠体を固着しておけば、この第2の枠体の内側に駆動素子やダイヤフラムの可動域(可動空間)を確保でき、このポンプを基板などに実装した場合に、隣接する部品が接触してポンプ動作の障害になることがない。   A piezo element is suitable for the driving element held in the diaphragm. For example, it is possible to use a sintered body of a piezoelectric material that includes zircon / lead titanate (PZT) and is collectively called PZT, which is bonded to a diaphragm and polarized by applying an electric field. If the second frame surrounding the drive element is fixed to the diaphragm, the movable area (movable space) of the drive element and the diaphragm can be secured inside the second frame, and the pump is mounted on a substrate or the like. When mounted on, the adjacent parts do not come into contact with each other and the pump operation is not hindered.

図1〜4において、符号10は本発明に係るマイクロダイヤフラムポンプである。このポンプ10は、複数のステンレスの金属薄板と枠体とを多層化接合、すなわち金属薄板などを位置合わせして積層し、接合したものであり、一辺が約7〜10mmの四角形である。12は弁板シートであり、図5に示すように、厚さ0.01mm(10ミクロン)のステンレス薄板に弁板14と流路開口16とをエッチングやプレス打ち抜きにより形成したものである。ここに弁板14は、流路開口16とほぼ同径の弁板開口14aから内径側に折曲しながら伸びる支持腕14bに保持されている。   1-4, the code | symbol 10 is the micro diaphragm pump which concerns on this invention. The pump 10 is a multi-layered joining of a plurality of thin metal plates made of stainless steel and a frame, that is, a metal thin plate or the like is aligned and laminated, and is a quadrangle having a side of about 7 to 10 mm. Reference numeral 12 denotes a valve plate sheet. As shown in FIG. 5, a valve plate 14 and a channel opening 16 are formed by etching or press punching on a stainless steel plate having a thickness of 0.01 mm (10 microns). Here, the valve plate 14 is held by a support arm 14b extending from the valve plate opening 14a having substantially the same diameter as the flow path opening 16 while being bent toward the inner diameter side.

18は弁座シートであり、図6に示すように、ステンレス薄板に、弁座20と弁ストッパ22とをエッチングやプレス打ち抜きにより形成したものである。弁座20は、流路となる円形の開口20aと、この周縁に沿う環状の突条20bとを有する。この突条20bは、図7に示すように、突条20bを残してその回りをハーフエッチングする(所定の深さまでエッチングによって除去する)ことにより僅かにへこませることで形成できる。図7で20cはこのハーフエッチングする範囲を示す。ハーフエッチングするのは、開口20aの中心から流路開口16とほぼ同径の範囲である。 Reference numeral 18 denotes a valve seat. As shown in FIG. 6, a valve seat 20 and a valve stopper 22 are formed on a stainless steel thin plate by etching or press punching. The valve seat 20 has a circular opening 20a serving as a flow path and an annular protrusion 20b along the periphery. As shown in FIG. 7, the ridge 20b can be formed by slightly denting the ridge 20b while leaving the ridge 20b half-etched (removed to a predetermined depth by etching). In FIG. 7, reference numeral 20c denotes a range to be half-etched. Half-etching is performed in the range of the same diameter as the channel opening 16 from the center of the opening 20a.

弁ストッパ22は、この突条20bより幅が広い環状部22aと、この環状部22aの周囲に周方向に分割された3つの流路22bとを有する。この環状部22aは、後記するようにポンプ10を組み立てた状態で弁板14を介して弁座20の突条20bに対向するものである。また環状部22aの円形の開口部22cは、後記するようにスタンピング工具を通す必要から、突条20bよりも僅かに径が大きい。   The valve stopper 22 includes an annular portion 22a that is wider than the protrusion 20b and three flow paths 22b that are divided in the circumferential direction around the annular portion 22a. The annular portion 22a is opposed to the protrusion 20b of the valve seat 20 through the valve plate 14 in a state where the pump 10 is assembled as will be described later. Further, the circular opening 22c of the annular portion 22a has a slightly larger diameter than the protrusion 20b because it needs to pass a stamping tool as will be described later.

このように加工された弁板シート12と弁座シート18とは二枚ずつ準備され、弁板シート12,12を図2〜4に示すように重ね、その両側に弁座シート18,18を重ねて多層化接合する。例えば拡散接合(真空中で加熱・加圧して接合)する。なおこの時弁板シート12,12は、図2,4から明らかなように、左右を逆にして(180度回転して)または裏返して重ねる。このため弁板シート12の弁板14と流路開口16は、弁板シート12の左右を逆にしたり裏返した時に弁座シート18の弁座20,弁ストッパ22と同心に重なる位置に形成する。この結果この積層体(予備積層体)24には、図3に示す吸入弁26と吐出弁28とが形成される。   The valve plate sheet 12 and the valve seat sheet 18 processed in this way are prepared two by two, the valve plate sheets 12 and 12 are stacked as shown in FIGS. 2 to 4, and the valve seat sheets 18 and 18 are placed on both sides thereof. Multi-layer joining is performed. For example, diffusion bonding (bonding by heating and pressing in vacuum) is performed. At this time, as is clear from FIGS. 2 and 4, the valve plate sheets 12 and 12 are stacked with the left and right sides reversed (turned 180 degrees) or turned over. For this reason, the valve plate 14 and the flow path opening 16 of the valve plate sheet 12 are formed at positions that overlap with the valve seat 20 and the valve stopper 22 of the valve seat 18 when the left and right sides of the valve plate sheet 12 are reversed or turned over. . As a result, the laminated body (preliminary laminated body) 24 is formed with the suction valve 26 and the discharge valve 28 shown in FIG.

前記突条20bにはDLCの皮膜を形成しておく。このDLCは例えば真空蒸着、スパッタリングなどの物理的方法(PVD)、プラズマCVDなどの化学的方法(気相成長法)により形成することができる。この時、突条20b以外の領域には被膜形成を防ぐためのマスキングをしておく。またハーフエッチング20cを行う時にはこの突条20bなどのエッチングをしない領域にエッチングを防ぐためのマスキングをしておく。   A DLC film is formed on the protrusion 20b. The DLC can be formed, for example, by a physical method (PVD) such as vacuum deposition or sputtering, or a chemical method (vapor phase growth method) such as plasma CVD. At this time, masking for preventing the formation of a film is performed in the region other than the protrusions 20b. Further, when the half etching 20c is performed, masking for preventing etching is performed on a region not etched such as the protrusion 20b.

この予備積層体24には図4に示すように、上方から吸入弁26の弁ストッパ22に設けた開口部22cに円環状プレス面を持つスタンピング工具(ポンチなど)30の先端をを通して、弁板14をその下の弁座20の突条20bに押圧する(スタンピングする)。同様に下方から吐出弁28の弁ストッパ22に設けた開口部22cにスタンピング工具30の先端を通し、弁板14をその上の弁座20の突条20bに押圧する。この結果弁板14と突条20bとのなじみが向上し、閉弁時のシール性を向上させることができる。 As shown in FIG. 4, the preliminary laminated body 24 is passed through the tip of a stamping tool (such as a punch) 30 having an annular press surface through an opening 22 c provided in the valve stopper 22 of the suction valve 26 from above, and a valve plate 14 is pressed (stamped) against the protrusion 20b of the valve seat 20 below. Similarly, the tip of the stamping tool 30 is passed through the opening 22c provided in the valve stopper 22 of the discharge valve 28 from below, and the valve plate 14 is pressed against the protrusion 20b of the valve seat 20 thereon. As a result, the familiarity between the valve plate 14 and the protrusion 20b is improved, and the sealing performance when the valve is closed can be improved.

図2〜4で、符号32はベース板である。このベース板32は、例えば厚さ0.5mmのステンレス板であって、吸入弁26の弁座20(開口20a)に対向する流路32aと、吐出弁28の弁ストッパ22(流路22b)に対向する流路32bとが形成されている。これらの流路32a、32bは予備積層体24の下面に積層される。   2-4, the code | symbol 32 is a base board. The base plate 32 is a stainless steel plate having a thickness of 0.5 mm, for example, and includes a flow path 32a facing the valve seat 20 (opening 20a) of the suction valve 26 and a valve stopper 22 (flow path 22b) of the discharge valve 28. And a flow path 32b opposite to each other. These flow paths 32 a and 32 b are laminated on the lower surface of the preliminary laminated body 24.

34は枠体であり、ベース板32と外形が同じで、厚さが0.02mmのステンレス薄板に外周縁から所定幅内側の四角形の開口部34aを打ち抜いたものである。この開口部34aは吸入弁26と吐出弁28の周囲を囲んでいる。36はダイヤフラムであり、厚さ0.05mmのステンレス薄板である。これもベース板32と外形が同じである。38は第2の枠体であり、厚さ0.04mmのステンレス薄板である。この第2の枠体38は外形がベース板32と同一である。 A frame 34 has the same outer shape as the base plate 32 and is formed by punching a rectangular opening 34a on the inner side of a predetermined width from the outer peripheral edge of a stainless thin plate having a thickness of 0.02 mm. The opening 34 a surrounds the suction valve 26 and the discharge valve 28. Reference numeral 36 denotes a diaphragm, which is a thin stainless steel plate having a thickness of 0.05 mm. This also has the same outer shape as the base plate 32. Reference numeral 38 denotes a second frame, which is a thin stainless steel plate having a thickness of 0.04 mm. The outer shape of the second frame 38 is the same as that of the base plate 32.

前記予備積層体24には、下面にベース板32が、上面に枠体34とダイヤフラム36と第2の枠体38とが順次重ねられ、加圧しながら多層化接合される。例えば拡散接合される。この結果ダイヤフラム36とこれに対向する上方の弁座シート18との間にダイヤフラム室(圧力室)40が形成される。   The preliminary laminate 24 has a base plate 32 on the lower surface and a frame 34, a diaphragm 36, and a second frame 38 sequentially stacked on the upper surface, and are multilayered and joined while being pressurized. For example, diffusion bonding is performed. As a result, a diaphragm chamber (pressure chamber) 40 is formed between the diaphragm 36 and the upper valve seat 18 facing the diaphragm 36.

以上のようにして多数の金属薄板の多層化接合がなされると、次に第2の枠体38の右方からダイヤフラム36にシート状のPZT42が貼着される。このPZT42は分極前のものであればこれを電界中に入れて分極する。このPZT42の電極に接続される配線は上方に導かれて、図示しない駆動回路に接続される。   After the multi-layered joining of a large number of thin metal plates is performed as described above, the sheet-like PZT 42 is attached to the diaphragm 36 from the right side of the second frame 38. If this PZT 42 is not polarized, it is polarized in an electric field. The wiring connected to the electrode of the PZT 42 is guided upward and connected to a drive circuit (not shown).

この実施例は、ベース板32の流路32a、32bをそれぞれ流体の供給路と吐出路(共に図示せず)に接続し、PZT42の駆動回路を作動させて用いる。PZT42の作動によってダイヤフラム36が上下に振動し、この振動によってダイヤフラム室40の容積が変化する。この振動によってダイヤフラム室40が負圧になる時には吸入弁26の弁板14が弁座20から離れて吸入弁26が開き、吐出弁28の弁板14は弁座20に当たって吐出弁28が閉じる。この結果吸入弁26から新しく流体が吸入される。ダイヤフラム36がダイヤフラム室40を加圧する時には、吸入弁26が閉じ、吐出弁28が開き、流体はダイヤフラム室40から吐出弁28を通して吐出される。   In this embodiment, the flow paths 32a and 32b of the base plate 32 are connected to a fluid supply path and a discharge path (both not shown), respectively, and the drive circuit of the PZT 42 is operated for use. The diaphragm 36 vibrates up and down by the operation of the PZT 42, and the volume of the diaphragm chamber 40 is changed by this vibration. When the diaphragm chamber 40 has a negative pressure due to this vibration, the valve plate 14 of the suction valve 26 moves away from the valve seat 20 and the suction valve 26 opens, and the valve plate 14 of the discharge valve 28 contacts the valve seat 20 and the discharge valve 28 closes. As a result, new fluid is sucked from the suction valve 26. When the diaphragm 36 pressurizes the diaphragm chamber 40, the suction valve 26 is closed, the discharge valve 28 is opened, and the fluid is discharged from the diaphragm chamber 40 through the discharge valve 28.

10 マイクロダイヤフラムポンプ
12 弁板シート
14 弁板
14a 弁板開口
14b 支持腕
16 流路開口
18 弁座シート
20 弁座
20a 開口
20b 突条
20c ハーフエッチング範囲
22 弁ストッパ
22a 環状部
22b 流路
22c 開口
24 予備積層体
26 吸入弁
28 吐出弁
30 スタンピング工具
32 ベース板
34 枠体
36 ダイヤフラム
38 第2の枠体
40 ダイヤフラム室
42 駆動素子(ピエゾ素子、PZT)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Micro diaphragm pump 12 Valve plate sheet 14 Valve plate 14a Valve plate opening 14b Support arm 16 Flow path opening 18 Valve seat sheet 20 Valve seat 20a Opening 20b Projection 20c Half etching range 22 Valve stopper 22a Annular part 22b Flow path 22c Opening 24 Preliminary laminated body 26 Suction valve 28 Discharge valve 30 Stamping tool 32 Base plate 34 Frame body 36 Diaphragm 38 Second frame body 40 Diaphragm chamber 42 Drive element (piezo element, PZT)

Claims (11)

吸入弁および吐出弁の一側に接するダイヤフラム室を有するマイクロダイヤフラムポンプであって、
前記吸入弁および吐出弁の一方の弁板と他方の弁の流路となる流路開口とが形成され、互いに弁板と流路開口とが対向する向きに積層された二枚の弁板シートと、
この積層体の両面に積層され前記一方の弁板シートの弁板に対向する弁座および他方の弁板シートの弁板に対向する弁ストッパとが形成された二枚の弁座シートと、
一方の弁座シートに重ねられ前記吸入弁および吐出弁にそれぞれ連通する2つの流路を有するベース板と、
他方の弁座シートの周縁に重ねられ前記吸入弁および吐出弁を囲む枠体と、
この枠体に重ねられこの枠体を重ねた弁座シートとの間にダイヤフラム室を形成するダイヤフラムと、
このダイヤフラムに保持した駆動素子と、
を備えることを特徴とするマイクロダイヤフラムポンプ。
A micro diaphragm pump having a diaphragm chamber in contact with one side of an intake valve and a discharge valve,
Two valve plate sheets in which one valve plate of the suction valve and the discharge valve and a flow channel opening serving as a flow channel of the other valve are formed and are stacked in a direction in which the valve plate and the flow channel opening face each other When,
Two valve seats formed on both sides of this laminate, a valve seat facing the valve plate of the one valve plate sheet and a valve stopper facing the valve plate of the other valve plate sheet,
A base plate overlaid on one valve seat seat and having two flow passages respectively communicating with the suction valve and the discharge valve;
A frame that is superimposed on the periphery of the other valve seat and surrounds the suction valve and the discharge valve;
A diaphragm that forms a diaphragm chamber between the frame body and the valve seat that overlaps the frame body;
A driving element held in the diaphragm;
A micro-diaphragm pump comprising:
二枚の弁板シートと、二枚の弁座シートとは、金属薄板で形成され、これらは二枚の弁板シートを二枚の弁座シートで挟んで多層化接合されている請求項1のマイクロダイヤフラムポンプ。   2. The two valve plate sheets and the two valve seat sheets are formed of a thin metal plate, and the two valve plate sheets are multilayered and joined by sandwiching the two valve plate sheets between the two valve seat sheets. Micro diaphragm pump. 弁板は、弁板シートに形成した弁板開口の内縁から内径側に伸びる支持腕に保持され、弁板シートに形成した流路開口およびベース板に形成した吐出弁の流路となる流路開口の開口径は、前記弁板開口の内径に等しい請求項1のマイクロダイヤフラムポンプ。   The valve plate is held by a support arm extending from the inner edge of the valve plate opening formed in the valve plate sheet to the inner diameter side, and serves as a flow channel opening formed in the valve plate sheet and a flow path for the discharge valve formed in the base plate The micro diaphragm pump according to claim 1, wherein an opening diameter of the opening is equal to an inner diameter of the valve plate opening. 弁板シートの弁板および流路開口と、弁座シートの弁座および弁ストッパとはエッチング、プレス打ち抜き加工のいずれかで加工されている請求項1のマイクロダイヤフラムポンプ。   2. The micro diaphragm pump according to claim 1, wherein the valve plate and flow path opening of the valve plate sheet and the valve seat and valve stopper of the valve seat sheet are processed by either etching or press punching. 枠体とダイヤフラムは金属薄板であり、これらは請求項2で形成された積層体の一側面に積層され、この積層体の他側面にベース板をそれぞれ積層して多層化接合されている請求項2のマイクロダイヤフラムポンプ。   The frame and the diaphragm are thin metal plates, which are laminated on one side of the laminate formed in claim 2, and a base plate is laminated on the other side of the laminate, respectively, and multilayered and joined. 2 micro diaphragm pump. 二枚の弁座シートに形成する弁座には、弁板に対向する環状の突条が形成され、弁板との密閉性を向上させている請求項1のマイクロダイヤフラムポンプ。   The micro-diaphragm pump according to claim 1, wherein the valve seat formed on the two valve seats is formed with an annular ridge facing the valve plate to improve sealing performance with the valve plate. 二枚の弁座シートに形成した環状の突条にはDLCが成膜されて突条の硬化、平滑化処理が施されている請求項6のマイクロダイヤフラムポンプ。   The micro-diaphragm pump according to claim 6, wherein a DLC film is formed on the annular ridge formed on the two valve seat sheets, and the ridge is cured and smoothed. 二枚の弁板シートの弁板には、弁座シートの環状の突条に押圧して突条との密着性を向上させるスタンピング加工が施されている請求項7のマイクロダイヤフラムポンプ。   8. The micro-diaphragm pump according to claim 7, wherein the valve plates of the two valve plate sheets are stamped to press the annular protrusions of the valve seat sheet to improve the adhesion with the protrusions. 弁座シートの弁ストッパは、他の弁座シートの弁座に形成した突条に対向する環状部と、この環状部の周囲に周方向に分割された流路とを備え、前記環状部にスタンピング加工具を挿通可能とした請求項8のマイクロダイヤフラムポンプ。   The valve stopper of the valve seat includes an annular portion facing a protrusion formed on the valve seat of another valve seat, and a flow passage divided in the circumferential direction around the annular portion, 9. The micro diaphragm pump according to claim 8, wherein a stamping tool can be inserted. 駆動素子はダイヤフラムに貼着したピエゾ素子である請求項1のマイクロダイヤフラムポンプ。   2. The micro diaphragm pump according to claim 1, wherein the driving element is a piezo element attached to the diaphragm. ダイヤフラムには、ピエゾ素子を囲む第2の枠体が固着されている請求項10のマイクロダイヤフラムポンプ。   The micro-diaphragm pump according to claim 10, wherein a second frame body surrounding the piezoelectric element is fixed to the diaphragm.
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